采用SSL2103实现LED相控调光驱动电路优化方案

4.3.3.1 SSL2103特点与控制功能

1.SSL2103特点

SSL2103基于SSL2101和SSL2102内核，是一款小型封装、高集成度和高工作效率的交流市电输入LED相控调光驱动控制器，功率开关管外置，可用于任何功率等级LED相控调光驱动应用场合，支持大部分调光器应用（例如相控晶闸管前沿/晶体管后沿相控调光）。电路使用外围元器件少，适用于小型密封相控调光器和隔离或非隔离LED相控调光驱动应用场合。通过内部V_CC稳压电路可以直接利用交流输入市电整流输出的高电压直流电启动，内部调光电路优化了电路的调光控制性能。

SSL2103外接泄放开关晶体管，扩展了调光器的互换性，利用泄放开关电路可以在相控晶闸管调光电路低亮度输出时，确保在相控晶闸管低导通工作电流时可靠工作（确保相控晶闸管的维持导通电流）。

退磁检测电路（引脚AUX）可以确保在相控晶闸管低输出电压或变压器漏感较大的情况下电路可靠工作。

SSL2103内部的有关保护电路可以确保电路工作可靠性，当集成电路结温超过热关断温度时过温度保护电路动作，中止SSL2103的工作。在SSL2103热保护工作期间，SSL2103的工作电流降低至启动工作电流，一旦SSL2103热保护解除，SSL2103恢复正常工作。

利用外接电流检测电阻SSL2103可以实现逐周期限制电路的峰值工作电流。对变压器一次、二次绕组短路电路故障绕组短路保护控制可以中止SSL2103的工作，实现对电路的保护^[45]。

SSL2103引脚图如图4-137所示，内部功能框图如图4-138所示，引脚功能如表4-16所示。

图4-137 引脚图

图4-138 内部功能框图

表4-16 引脚功能

SSL2103主要特点如下。

1）内置退磁检测电路；

2）SO14封装，散热能力好；

3）满足安全和功率因数有关技术要求；

4）适合于各种LED模块功率应用场合；

5）适用于降电压输出、Flyback变换电路拓朴；

6）适应人眼视觉特性的调光控制特性，误差低达±1%；

7）内置优化的谷低开关检测电路，提高了电路工作效率；

8）内置过温度和过电流等保护控制功能；

9）集成度高，使用外围元器件少，构成的LED调光电路体积小。

2.SSL2103控制功能

SSL2103利用导通时间和频率控制实现LED亮度控制。外接调光器利用集成电路的BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚输入可以实现对LED亮度输出控制。PWMLIMIT输入引脚也可以用于热流明管理（Thermal Lumen Management，简称为TLM）和精密LED工作电流控制。

（1）刚一接通交流输入市电时SSL2103由交流输入市电整流输出的直流高压供电。一旦引脚V_CC上电压超过V_{CC（启动）}，SSL2103开始工作。一旦V_CC引脚电压足够高，就改由Fly_- back变压器的辅助绕组回路供电，提高了电路工作效率。

（2）SSL2103内部振荡器用于切换变换器逻辑定时。振荡器频率由接至RC引脚和RC2引脚的外接电阻和电容参数决定。外接电容被快速充电到V_RC（max）电位，开始新的一次侧导通工作，然后电容放电到V_RC（min）电位。和线性锯齿振荡器的PWM系统相比，在占空比的调节范围内有比较恒定的增益，易于实现低占空比下电路稳定工作。当V_BRIGHTNESS为高电位时，可以利用式（4-102）计算变换器振荡频率。

式（4-102）中的电阻R等于两个振荡器电阻的并联电阻值（接至RC和RC2引脚的电阻），C表示RC引脚上连接的电容。

BRIGHTNESS引脚输入信号控制电路的频率降低工作模式。从图4-139中可以看出，振荡器从具有R₁/R₂的RC曲线切换到只有R₁的RC曲线，BRIGHTNESS电压较低时降低变换器工作频率。

图4-139 亮度控制功能电路

图4-140中表示典型的RC波形，RC切换阈值由BRIGHTNESS引脚控制。为了保证电容器能够在规定的充电时间内充足电，振荡器电容器的取值应不大于1nF。由于电容器会产生漏电电流，应使RC引脚和接地之间连接电阻的阻值不大于220kΩ。

图4-140 BRIGHTNESS引脚波形

（3）脉冲占空比由内部的调节电压和引脚RC上的振荡器信号控制，内部调节电压通过PWMLIMIT引脚上电压设定。

对内部功率开关，低的PWMLIMIT电压将导致导通时间很短。最小脉冲占空比能被设定为0%，最大占空比被设定为75%。

（4）SSL2103内含一些用于兼容交流输入市电相控调光器的电路，这个电路称为泄放电路，可以实现强、弱两个外部电流的泄放。强泄放电路用于相控调光器过零交越复位，弱泄放电路用于维持通过相控调光器的维持导通电流。

如图4-141所示，当SSL2103引脚HVDET上的最大电压低于V_{th（SBLEED）}电位（通常为52V）时，SBDR_V输出有效。一旦“I_SENSE”引脚上电压超过VV_{th）（ISENSE}）电位（通常为-100mV）时，WB D_V输出立即有效。当I_SENSE电压下降到低于低于V_{（h）（ISENSE}）电平（通常为-250mV）时，WB D_V输出无效，SB D_V输出有效。当强泄放开关接通时，WB DRV输出无效。

图4-141 强、弱泄放电路工作原理图

（5）如图4-142所示，当一次侧功率MOSFET管导通时，就会开始新的开关工作周期。经过一段时间（由振荡器电压、RC和内部调节电平决定），一次侧功率MOSFET管关断，二次侧开始导通工作。

在二次侧导通工作后，功率MOSFET管的漏极电压会有振荡，振荡频率f如式（4-103）所示。

式（4-103）中，C_p为漏极节点上的寄生电容；L_P为Flyback变压器一次绕组电感。

一旦振荡器电压再次变高、并且二次侧导通工作已经结束，电路将等待一个低漏极电压，然后开始新的一次侧导通工作过程。

图4-142表示功率MOSFET管漏极电压、波谷信号的有关波形。在低振铃频率下，一次侧导通的开始略微早于实际波谷；而在高振铃频率下，则略晚于实际波谷。(www.xing528.com)

图4-142 Flyback变换波谷切换的信号波形

（6）如果连接了AUX引脚，只要二次侧导通还未结束，振荡器就不会开始新的一次侧导通。在第一个抑制时间内退磁识别信号被抑制。在Flyback变压器有较大漏感和在低输出电压下应用场合，有必要使用这种抑制。

（7）利用外接功率MOSFET管源极电流检测电阻R_sense可以实现逐周期漏极峰值电流限制。在上升沿延迟时间后，过电流保护电路被激活。保护电路将R_sense电阻器上的电压限制到过电流保护阈值电压以下，完成一次侧峰值电流限制控制功能。

（8）在上升沿延迟时间之后，变压器绕组短路保护（SWP）电路被激活。如果电路出现变压器绕组短路故障时SSL2103停止工作。只有电源接通复位SSL2103后才会重新开始正常工作。在次级侧整流二极管短路情况下，绕组短路保护控制功能也动作。

（9）当SSL2103的工作结温超过热关断温度时，SSL2103停止工作。在热保护期间，SSL2103电流降低到启动电流。一旦过热状态消失，SSL2103恢复正常工作。

3.SSL2103典型应用电路

采用SSL2103的Buck电路工作原理图如图4-143所示，采用SSL2103的Flyback变换电路工作原理图如图4-144所示。可见电路的强泄放电路（接至SSL2103的SB_DRV引脚）和弱泄放电路（接至SSL2103的WB_DRV引脚）晶体管外接。功率MOSFET管外接（接至SSL2103的PWR DRV引脚）可以适用于不同输出功率应用场合。

图4-143 采用SSL2103的Buck电路工作原理图

图4-144 采用SSL2103的Flyback变换电路工作原理图

4.3.3.2 采用SSL2103的17W相控晶闸管调光LED驱动电路

1.电路主要技术特点

下面介绍采用SSL2103的17W输出功率相控晶闸管调光LED驱动电路。电路技术指标如表4-17所示，电路板顶视图如图4-145所示，电路板底面图如图4-146所示，驱动电路工作原理图如图4-147所示^[46]。

表4-17 电路技术指标

图4-145 演示板顶视图

图4-146 演示板底面

图4-147 电路工作原理图

2.电路工作原理

如图4-147所示，电路工作于Flyback变换，在PWMLMT控制电路脉冲占空比大于75%最大值和SSL2103的SOURCE引脚电压大于0.5V时电路中止工作^[47]。

在功率开关管VT₃截止期内，储存在Flyback变压器T₁中的磁能通过二次侧的整流二极管VD₆输出到输出电容C₉和C₁₀，为负载供电，接至RC和RC2引脚的RC元器件参数控制内部振荡器的定时，可以决定Flyback变换器的开关工作频率。可以利用BRIGHTNESS引脚来设定开关工作频率的上限和下限值，电阻R₁₁和R₁₂的参数决定Flyback变换器开关工作频率范围。

通过元件R₁、C₁和C₁₃组成的阻尼电路可以泄放掉存储在相控晶闸管调光电路电感元件中的能量。

电阻R₁₄、R₁₅和达灵顿晶体管VT₄组成限电流电路，一旦达灵顿晶体管VT₄基极电压高于发射极导通电压，达灵顿晶体管VT₄饱和导通，短路电阻R₁₅，一旦流过电阻R₁₄的电流使达灵顿晶体管VT₄发射极电压大到使达灵顿晶体管VT₄退出饱和导通时，回路串联电阻加大，起到限制电路工作电流的作用。仔细选择二极管VD₉和电阻R₁₃的参数，确保限电流电路可靠工作。由于达灵顿晶体管VT₄的电流放大倍数很高，所以可以满足电路工作效率和功率因数的技术要求。

为改善电路相控晶闸管调光控制特性，利用串联电阻R₁₄、R₁₅和R₁₇和C₁、C₁₃和R₁组成的串并联阻尼回路可以优化相控晶闸管调光电路的工作特性。为优化电路的工作效率，在电路有峰值浪涌电流时串联阻尼电路工作，正常工作时达灵顿晶体管VT4饱和导通，旁路电阻R₁₅，一旦电路有峰值浪涌电流时，通过达灵顿晶体管VT₄控制回路的控制作用使电路工作电流被限制在500mA最大值以内。

Flyback变换电路的输入回路由C₂、L₂、C₃、C₁₃和L₁等元件组成，应为容性，用于滤除由于Flyback变换电路开关工作而引入的干扰，缺点是由于滤波电路为容性，降低了电路的功率因数。

电阻R₂₅为LED负载限电流电阻，通过IC₄和光耦合器IC₃可以实现LED负载限电流控制。可以通过电阻R₂₇和R₂₉设定限电流值，这个反馈控制环路还有输出过电压保护的控制功能。如果LED负载的电压超过33V，这时就有电流流过电阻R₂₃和VD₁₁，流过光耦合器IC₃的电流加大，使SSL2103的PWMLMT引脚和BRIGHTNESS引脚电位变为低电位，一旦电位低于400mV，功率MOSFET管VT₃关断。由于Flyback变换电路和有关元器件引入的相位移，反馈控制环路的增益对电路的工作性能有较大的影响，大的增益有利于电路可靠工作。

通过检测交流输入市电整流输出电压平均值可以实现调光控制范围检测，电阻R₂和R₁₀组成分压电路，电容C₄起滤波作用，这样通过PWMLMT引脚的控制电位可以决定Flyback变换电路的开关脉冲占空比和开关工作频率。

（1）Flyback变换电路较其他变换电路的优点之一就是输出电压可以通过改变Flyback变压器的匝数比调节，Flyback变换电路的工作效率和输出电压大小有关，较低的输出电压时电路的工作效率相应要低些，这是因为在输出电压较低时次级回路损耗加大的原因。

一般而言，Flyback变换电路在输出电压高于60V时工作效率可达85%，在低输出功率，例如3V/1W负载工作条件下电路工作效率可达60%。在低输出直流电压工作条件下可以采用同步整流方法来提高电路工作效率。

（2）LED工作电压、LED动态电阻和输出滤波电容C₉、C₁₀参数决定输出纹波电流大小，±15%输出纹波电流可以使LED调光达到1%最大光输出，可以利用公式（4-104）计算滤波电容C₉、C₁₀参数。

例如，±5%输出纹波电流，50Hz交流输入市电供电频率，LED动态电阻R_dyn为0.6Ω，电容C₉和C₁₀容量需采用式（4-105）计算。

如果±25%的输出纹波电流，50Hz交流输入市电供电频率，LED的动态电阻为6Ω，所需电容C₉和C₁₀的容量可以利用下式（4-106）计算。

LED负载串联的LED数量越多，相应LED负载动态电阻值越大，相应所需滤波电容容量也越大。

（3）相控晶闸管调光由于输入电压突变会由于输入滤波电容的充电而引入较大的浪涌输入电流，相应也会使阻尼电路的损耗加大。

如图4-147所示，适当选择弱泄放电路电阻R₃和R₄的参数可以使泄放电路的功耗维持在合理水平。

由于后延晶体管相控调光电路电压降的原因降低了后延晶体管相控调光电路的调光控制范围，SSL2103通过检测交流输入市电整流输出的平均直流电压来实现调光控制范围检测，为提高调光控制范围检测准确度，可以使电阻R₂串连一只稳压二极管。但是，由于电路调光灵敏度的提高，在使用相控晶闸管调光时调光灵敏度变化可能会更大些。

（4）如图4-147所示，可以通过改变电阻R₂₉和R₂₇的参数来改变输出电流，电路最大输出电流为500mA，电阻R₁₉/R_19A的参数决定电路输出限电流点和过电流保护点。